1 Introduction
第1章 介绍本文档描述了LoRaWAN网络协议，是针对电池供电的终端设备(不管移动还是固定位置)进行优化的一套网络协议。 LoRaWAN网络通常采用星型拓扑结构，由拓扑中的网关来转发终端与后台网络服务器间的消息。网关通过标准IP连接来接入网络服务器，而终端则通过单跳的 LoRa 或者 FSK 来和一个或多个网关通讯。虽然主要传输方式是终端上行传输给网络服务器，但所有的传输通常都是双向的。 终端和网关间的通讯被分散到不同的信道频点和数据速率上。数据速率的选择需要权衡通信距离和消息时长两个因素，使用不同数据速率的设备互不影响。LoRa的数据速率范围可以从 0.3kbps 到 50kbps。为了最大程度地延长终端的电池寿命和扩大网络容量，LoRa网络使用速率自适应(ADR)机制来独立管理每个终端的速率和RF输出。 每个设备可以在任意可用的信道，任意时间，使用任意数据速率发送数据，只要遵守如下规定： 终端的每次传输都使用伪随机方式来改变信道。频率的多变使得系统具有更强的抗干扰能力。 终端要遵守相应频段和本地区的无线电规定中的最大发射占空比要求。 终端要遵守相应频段和本地区的无线电规定中...
13 Class B Downlink slot timing
第13章 Class B下行时隙时序13.1 定义为了使 Class B模式能够正常运行，终端必须以信标规定的精准时刻打开接收时隙窗口。这章节定义了所需的时序操作。 两个连续的信标起始点之间的间隔称为信标周期。信标帧的传输以 BEACON_RESERVED 时间间隔的起始端对齐。每个信标都有一个保护时间间隔，在该时间间隔之内是没有 ping 时隙的。保护间隔的长度对应于允许帧在空中的最长时间。这样就能保证在保护时间之前的一个 ping 时隙内发起的下行数据帧总是有时间去完成传输而不与信标的传输发生冲突。因此用于ping时隙的时间间隔是从 BEACON_RESERVED 时间间隔的末尾节点到下一 BEACON_GUARD 时间间隔的起始节点。 图 12 ：信标时序 Beacon_period 128 s Beacon_reserved 2.120 s Beacon_guard 3.000 s Beacon-window 122.8...
12 Beacon acquisition and tracking
第12章 信标的获得和追踪在从 Class A 切换到 Class B 之前，终端必须首先接收一个网络的信标来将它自身的时间基准与网络时间进行校准。 一旦处于 Class B 模式，终端必须定期地去搜索并且接收一个网络信标，以消除自身内部基准时间相对于网络时间的任何漂移。 Class B 模式的设备也许会短暂性地无法接收信标(超出与网关的通信范围，存在干扰，…）在这种情况之下，终端必须考虑它内部时钟可能产生的漂移，逐步地加大信标和ping时隙的接收窗口时间。 例如，一个设备精度为 10ppm 的内部时钟每个信标周期(128s)就会有+/-1.3ms的漂移。 12.1 最小 beacon-less 操作时间在信标丢失的情况之下，一个终端需要在接收到最后一个信标节点时间开始算起保持2小时的 Class B 操作。这种短暂的没有信标的 Class B 操作就称之为 “beacon-less” 操作。这种情况之下就需要依赖终端自己的时钟来保持时间。 在 “beacon-less” 的情况下，单播、多播还有信标接收时隙都必须逐步地扩大接收窗口时间以容纳终端可能的时钟漂移。 ...
11 Downlink Ping frame format
第11章 Class B 模式的下行帧(Class B选项)11.1 物理层帧格式下行 Ping 帧使用和 Class A 下行帧相同的格式，但可能会采用不同的信道频率规划。 11.2 单播和多播 MAC消息信息的传播方式可以是“单播”或者“多播”。单播是指将信息传递给一个指定的终端，多播是指将信息传递给多个终端。多播组内的所有终端都必须共享一个相同的多播地址和相关的加密密钥。LoRaWAN Class B 协议中并没有明确规定如何去建立这样的多播组，以及如何安全地分配多播密钥。这必须通过 节点个性化设置 或者 应用层 来实现。 11.2.1 单播 MAC 消息格式单播下行 Ping 帧的 MAC 载荷格式和 Class A 的定义一样。终端的处理也采用相同的方式。同时也采用相同的帧计数，在收到 Class B ping 时隙或者 Class A 应答时隙时都进行递增处理。 11.2.2 多播 MAC 消息格式多播帧和单播帧大部分都一样，仅有一些区别： 不允许携带 MAC 命令，既不能在 FOpt 字段里，也不能 port 0 时的载荷里携带，因为多播下行不像单播帧那样具备认证...
14 Class B MAC commands
第14章 Class B Mac命令所有在 Class A 协议中描述的命令都应该在 Class B 中实现。Class B 协议还额外添加了如下的 MAC 命令。 CID Command 由谁传输 描述 终端 网关 0x10 PingSlotInfoReq x 终端设备用于将 ping 单播时隙数据速率和周期性传送给网络服务器 0x10 PingSlotInfoAns x 用于网络应答PingInfoSlotReq命令 0x11 PingSlotChannelReq x 用于网络服务器设置一个终端的单播 ping 通道 0x11 PingSlotFreqAns x 终端用于应...
15 Beaconing[Class B option]
第15章 信标(Class B选项)15.1 信标物理层所有网关除了可以为终端和网络服务器转发消息，还可以通过在可配置的固定时间间隔上发送信标(BEACON_INTERVAL)来参与提供一个时间同步机制。所有信标都以无线分组隐式模式进行发送，即没有 LoRa 物理帧头和 CRC 校验。 PHY Preamble BCNPayload 信标的 Preamble 开始于(长于默认)10个未调制符号。这允许终端实现低功耗占空比信标搜索。 信标的帧长度与无线电物理层紧密耦合。因此实际的帧长度可能从一个区域实现变为另一个区域实现。更改字段在下面的部分以粗体显示。 15.1.1 欧盟 863-870MHz ISM 频段信标使用下面的设置进行传送: DR 3 对应于125kHz带宽的SF9扩频因子 CR 1 编码率=4/5 frequency 869.525MHz 这是推荐的允许+27 d...
16 Class B unicast & multicast downlink channel frequencies
第16章 Class B单播/多播下行信道频率16.1 欧盟 863-870MHz ISM 频段所有的 Class B 的下行单播和多播都使用由 “PingSLotChannelReq” MAC 命令所定义的单频信道。默认的频率是 869.525MHz。 16.2 美国 902-928MHz ISM 频段默认的，Class B的下行使用最后一个信标(鉴信标帧格式内容)的 Time 字段的信道函数和 DevAddr。 Class B downlink channel = [DevAddr + floor(Beacon_Time/Beacon_period)] modulo 8 其中 Beacon_Time 是当前信标周期的 32 位 Time 字段。 Beacon_period 是信标周期的长度(协议中定义的是128s) Floor 指的是四舍五入到临近的较低整数值。 DevAddr 是终端的32位网络地址。 因此 Class B 的下行在 ISM 频段的 8 个信道进行跳跃并且所有的 Class B 终端平等地使用 8 个下行信道...
2 Introduction on LoRaWAN options
第2章 LoRaWAN Classes 类型介绍LoRa 是由Semtech面向长距离、低功耗、低速率应用而开发的无线调制技术。本文档中，将 Class A 基础上实现了更多功能的设备称为“更高 class 终端”。 2.1 LoRaWAN ClassesLoRa网络包含基础LoRaWAN（称之为Class A）和可选功能（Class B，Class C）: 图1.LoRaWAN Classes 双向传输终端(Class A)： Class A 的终端在每次上行后都会紧跟两个短暂的下行接收窗口，以此实现双向传输。终端基于自身通信需求来安排传输时隙，在随机时间的基础上具有较小的变化(即ALOHA协议)。这种Class A 操作为应用提供了最低功耗的终端系统，只要求应用在终端上行传输后的很短时间内进行服务器的下行传输。服务器在其他任何时间进行的下行传输都得等终端的下一次上行。 划定接收时隙的双向传输终端(Class B)： Class B 的终端会有更多的接收时隙。除了Class A 的随机接收窗口，Class B 设备还会在指定时间打开别的接收窗口。为了让终端可以在指定时间打开...
4 MAC Message Formats
第4章 MAC帧格式LoRa所有上下行链路消息都会携带PHY载荷，PHY载荷以1字节MAC头(MHDR)开始，紧接着MAC载荷(MACPayload)，最后是4字节的MAC校验码(MIC)。 射频PHY层： Preamble PHDR PHDR_CRC PHYPayload CRC 图5.射频PHY结构(注意 CRC只有上行链路消息中存在) PHY载荷： MHDR MACPayload MIC 或者 MHDR Join-Request MIC 或者 MHDR Join-Response MIC 图6.PHY载荷结构 MAC载荷： FHDR FPort FRMPayload 图7.MAC载荷结构 FHDR： DevAddr FCtrl ...
17 Class C Continuously listening end-device
第17章 持续接收的终端具备Class C 能力的终端，通常应用于供电充足的场景，因此不必精简接收时间。 Class C 的终端不能执行 Class B 。 Class C 终端会尽可能地使用 RX2 窗口来监听。按照 Class A 的规定，终端是在 RX1 无数据收发才进行 RX2 接收。为了满足这个规定，终端会在上行发送结束和 RX1 接收窗口开启之间，打开一个短暂的 RX2 窗口，一旦 RX1 接收窗口关闭，终端会立即切换到 RX2 接收状态； RX2 接收窗口会持续打开，除非终端需要发送其他消息。 注意：没有规定节点必须要告诉服务端它是 Class C 节点。这完全取决于服务端的应用程序，它们可以在 join 流程通过协议交互来获知是否是 Class C 节点。 17.1 Class C 的第二接收窗口持续时间Class C 设备执行和 Class A 一样的两个接收窗口，但它们没有关闭 RX2 ，除非他们需要再次发送数据。因此它们几乎可以在任意时间用 RX2 来接收下行消息，包括MAC命令和ACK传输的下行消息。另外在发送结束和 RX1 开启之间还打开了一个短暂的...